[發明專利]一種基于機械臂擺動的電弧增材制造道間搭接方法

在審

• 申請號: 201710959782.5
• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN107876938A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 何智;張云鵬;王志敏;胡洋;步賢政;吳復堯;張鐵軍
• 申請（專利權）人: 北京航星機器制造有限公司
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/095
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 張曉飛

技術領域

本發明屬于增材制造領域，具體涉及一種基于機械臂擺動的電弧增材制造道間搭接方法。

背景技術

增材制造技術基于離散－堆積原理，通過既定熱源對金屬材料的逐層熔化，沉積生長，直接由三維模型近凈成形高性能結構件，是未來結構件先進制造發展的重要方向。

其中，電弧增材制造是采用電弧熱為熱源、絲材為原材料的一種增材制造技術。與其他金屬增材制造技術相比較，電弧增材制造技術具有設備成本低(激光增材的激光器成本是電弧增材制造整套系統的幾倍甚至上十倍)、沉積效率高(可達每小時幾公斤的沉積速度)、運行成本低(電-電弧轉換率85％以上，而電-光轉換率最多也只有25％左右)等優點。

然而，對于電弧增材的某些絲材(如GH4169)而言，熔滴與基板潤濕性差(潤濕角θ≥90°)，若不采用機械臂擺動的方式，將無法利用電弧增材成形單道難以滿足壁厚要求的超大壁厚(壁厚≥20mm)結構件。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服了現有技術的不足，提供了一種基于機械臂擺動的電弧增材制造道間搭接方法，解決了在電弧增材制造超大壁厚結構件時道間搭接性能不足甚至無法搭接的難題。

本發明的技術方案是：一種基于機械臂擺動的電弧增材制造道間搭接方法，步驟如下：

1)確定待成形構件所需的成形工藝參數及該組成形工藝參數下所需的機械臂擺動參數范圍；

2)對待成形構件三維模型進行切片處理，獲得電弧增材的加工路徑；

3)將基板固定在工作平臺上，保證其水平；

4)按照預定軌跡及成形工藝參數與機械臂擺動參數完成對待成型構件的電弧增材。

所述基板需經過酸洗、打磨平整后，用無水乙醇或丙酮擦拭干凈。

電弧增材的原材選用為0.8mm、1.2mm和1.6mm任意一種焊絲。

所述成形工藝參數包括：送絲速度3～10m/min；焊接電流80～300A；焊接速度7～12mm/s；單道焊縫的寬度6-10mm；單道焊縫的高度1.5～3mm。

所述的機械臂擺動參數為：擺動頻率3-10Hz；擺動振幅0.5-6mm；左右側停留時間0.050-0.150s。

電弧增材過程中采用99.999％高純氬進行正面保護，氣體流量為：20～25L/min。

基板上進行打底，打底完成后，改用成形工藝參數進行實體部分堆積；在打底和實體部分堆積過程均采用C+P模式，即冷金屬過渡+脈沖模式，底部三層采用比成形電流大20～60A的焊接電流打底，上部采用成形工藝參數按規劃路徑堆積得到實體。

機械臂擺動參數中的機械臂擺動類型包括正弦型擺動、圓型擺動和8字型擺動。

所述實體部分堆積時，實體部分每層的內道與外道起弧點為一對對角點，第2n+1層與第2(n+1)層的起弧點相同，相鄰層焊槍行走方向相反；其中n為從零開始的整數，當n為偶數時，起弧點為其中一對對角點；當n為奇數時，起弧點為另一對對角點。

做完每層的內道后，焊槍偏移一定的偏移量再完成外道的堆積以實現道間的良好搭接，焊槍偏移量選取為單道焊縫的寬度減去2～5mm。

本發明與現有技術相比的優點在于：本發明采用機械臂擺動的方式進行電弧增材，對于各種金屬材料，均能起到讓金屬充分鋪展的作用，使單道熔敷層寬高比較大，能很好地實現道間搭接，避免了多道搭接時某些材料無擺動時的無法搭接及道間搭接性能不足的問題，成形構件整體性能也得到了提高，很好地實現了高性能超大壁厚(壁厚≥20mm)結構件的研制。

附圖說明

圖1為3種不同擺動類型的擺動示意圖；

圖2為搭接情況示意圖；

圖3為增材時結構件路徑示意圖。

具體實施方式

一種基于機械臂擺動的電弧增材制造道間搭接，步驟如下：

1)確定待成形構件所需的成形工藝參數及該組成形工藝參數下所需的機械臂擺動參數范圍；

2)對待成形構件三維模型進行切片處理，獲得電弧增材的加工路徑；

3)將基板固定在工作平臺上，保證其水平；

4)按照預定軌跡及成形工藝參數與機械臂擺動參數完成對待成型構件的電弧增材。

所述基板需經過酸洗、打磨平整后，用無水乙醇或丙酮擦拭干凈。

電弧增材的原材選用為0.8mm、1.2mm和1.6mm焊絲。